bab ii landasan teori - Universitas Sumatera Utara

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Umum
Didalam perancangan sensor Intensitas Cahaya, sensor yang digunakan
berupa LDR (Light Dependent Resistor) yang langsung dihubungkan ke rangkaian
ADC.
Di dalam rangkaian skematik ADC selain IC ADC 0804 (Integrated
Circuit) 8- bit juga terdapat beberapa komponen seperti : Resistor, Dioda zener,
Trimpot, IC Regulator (LM 7809 dan LM 7805), dan LED (Light Emitting
Diode).
2.2. Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi menghambat arus
dalam suatu rangkaian listrik. Resistor yang digunakan dalam elektronika dibagi
dalam dua kategori utama, yaitu :
1.
Resistor linear adalah Resistor yang tidak tergantung kepada
keadaan disekitarnya (nilainya tetap).
2.
Resistor nonlinear terdiri dari tiga jenis, yaitu :
a. Fotoresistor : Peka terhadap sinar.
b. Thermistor : Peka terhadap panas.
c. Resistor yang tergantung pada tegangan listrik.
Sifat-sifat resistor adalah :
-
Jika pada ujung-ujungnya dipasang tegangan akan mengalir
arus :
I = V / R .............................................................. (2.1.)
Universitas Sumatera Utara
-
Dapat mengalirkan arus searah maupun bolak-balik.
-
Dapat mengalirkan arus bolak-balik berfrekuensi tinggi.
Pada perancangan ini resistor yang digunakan hanya resistor linear saja
jadi resistor nonlinear tidak dibahas dalam Bab II ini.
2.2.1. Resistor Linear
Simbol untuk resistor linear diperlihatkan pada gambar 2.1. dan unit
satuannya adalah ohm (simbol : huruf besar Yunani omega, Ω). Satuan lain yang
umum dipangkatkan tiga :
kiloohm (kΩ)
1.000 ohm
megaohm (MΩ) 1.000.000 ohm
R
Gambar 2.1. Simbol untuk resistor linear.
Dalam banyak diagram sirkuit dan literatur pabrik, ”koma” desimal
ditunjukkan oleh posisi huruf multiplier, contoh :
1.
4700 Ω = 4,7 kΩ = 4K7
2. 3 300 000 Ω = 3,3 MΩ = 3M3
3.
6,8 Ω =
6R8
Selain itu, suatu sistem huruf digunakan untuk menunjukkan persentase
toleransi :
F = ± 1% ;
G = ± 2% ;
K = ± 10% ;
M = ± 20%
J = ± 5%
Contoh : resistor 1K8J = resistor mempunyai tahanan 1,8 kΩ dengan
persentase toleransi ± 5%.
Universitas Sumatera Utara
Hal lain yang paling penting setelah besar tahanan adalah besar daya atau watt
resistor. Untuk suatu tahanan yang diperlukan, besar daya dapat dihitung dengan
rumus :
W = V x I = I2 x R = V2 / R ........................................ (2.2.)
Jenis resistor yang digunakan dalam elektronika bervariasi dari 1/8 W ke
atas, yaitu : 1/8 W, ¼ W, ½ W, 1W, 2W, 5W, 10W, dan seterusnya.
Selain itu resistor kecil mempunyai ukuran yang ditunjukkan dengan
sistem kode pita warna seperti pada gambar 2.2. sedangkan nilai kode warna
ditunjukkan pada tabel 2.1.
Angka pertama
Angka kedua
Angka ketiga
Toleransi
.
Gambar 2.2. Sistem pemberian kode pita warna.
Tabel 2.1. Kode Warna resistor
Warna
Ukuran
Hitam
0
Coklat
1
Merah
2
Jingga
3
Kuning
4
Hijau
5
Biru
6
Ungu
7
Abu-abu
8
Putih
9
Emas
Perak
Polos
-
Pengali
1
10
100
1.000
10.000
1.00.000
1.000.000
0,1
0,01
-
Toleransi
±1
±2
±5
± 10
± 20
Universitas Sumatera Utara
Contoh : carilah besar ukuran resistor dan toleransinya pada gambar 2.3. dibawah
ini.
Coklat
Abu-abu
Merah
Emas
Gambar 2.3. Contoh kode warna resistor
Pada Tabel 2.1 didapat :
Coklat
=1
Abu-abu = 8
Merah
= 100
Emas
=±5
Jadi nilai resistor adalah 18 x 100 = 1800 Ω dengan toleransi ± 5 atau
1K8J = 1,8 kΩ ± 5.
2.2.2 Resistor Seri
Pada gambar 2.4. dibawah ini merupakan gambar dari tiga buah resistor
yang dihubungkan secara seri dengan rumus sebagai berikut :
R T = R 1 + R 2 +R 3 ............................................... (2.3.)
dimana : R T = Besar tahanan sirkuit dari resistor
R 1 = Tahanan resistor 1
R 2 = Tahanan resistor 2
R 3 = Tahanan resistor 3
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan arus yang didapat pada resistor seri adalah :
I T = V S / R T .......................................................... (2.4.)
dimana : I T = Besar arus total sirkuit dari resistor
Vs = Tegangan sirkuit
R T = Tahanan total dari resistor seri
Dengan :
IT = I1 = I2 = I3
Ini berarti semua bagian dari rangkaian seri arusnya adalah sama.
R1
R2
R3
VT
Gambar 2.4. Resistor hubungan seri.
2.2.3 Resistor Paralel
Pada gambar 2.5. dibawah ini merupakan gambar dari tiga buah resistor
yang dihubungkan secara paralel dengan rumus sebagai berikut :
1/R T = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 ................................... (2.5.)
dimana : 1/R T = Besar tahanan sirkuit dari resistor
1/R 1 = Tahanan resistor 1
1/R 2 = Tahanan resistor 2
1/R 3 = Tahanan resistor 3
Sedangkan arus total pada resistor paralel adalah :
I T = I 1 + I 2 + I 3 ................................................... (2.6.)
Universitas Sumatera Utara
dimana : I T = Besar arus total sirkuit
I1 = Arus tahanan 1
I2 = Arus tahanan 2
I3 = Arus tahanan 3
Sedangkan tegangan yang didapat pada resistor paralel adalah :
V T = I T x R T ......................................................... (2.7.)
dimana : I T = Besar arus total sirkuit dari resistor.
V T = Tegangan total sirkuit.
R T = Tahanan total dari sirkuit.
Dengan
VT = V1 = V2 = V3
:
VT
R1
R2
R3
Gambar 2.5. Resistor hubungan paralel.
2.3. Kapasitor
Kapasitor banyak digunakan dalam peralatan elektronika. Pada dasarnya
kapasitor merupakan alat penyimpan muatan listrik yang dibentuk dari dua
permukaan (piringan) yang berhubungan, tetapi dipisahkan oleh suatu penyekat.
Bila elektron berpisah dari suatu plat ke plat yang lain, akan terdapat muatan
diantara mereka pada medium penyekat tadi. Muatan ini disebabkan oleh muatan
positif pada plat yang kehilangan elektron dan muatan negatif pada plat yang
Universitas Sumatera Utara
memperoleh elektron. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan disebut
kapasitansi (simbol C). Rumus kapasitansi adalah :
C = Q / V .............................................................. (2.8.)
dimana : C = kapasitansi (Farad)
Q = Muatan (Coulomb)
V = Tegangan (Volt)
Energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung dengan rumus :
Energi = ½ CV2 joule ........................................ (2.9.)
Energi ini mampu berada dalam kapasitor selama beberapa waktu, bahkan setelah
suplai ke sirkuit dimatikan.
Kapasitor yang digunakan terdapat beberapa macam, tetapi semuanya
terbagi dalam dua kelompok yaitu : nonelektrolitis, yang tidak mempunyai kutub
dan elektrolitis, yang mempunyai terminal positif dan negatif.
Kapasitor nonelektrolitis seperti terlihat pada gambar 2.6. untuk
memperoleh kapasitor yang mempunyai kapasitansi terbesar dengan volume dan
berat terkecil, plat-plat kapasitor dibuat dari foil alumunium atau perak yang tipis.
Biasanya foil ini digulung dan dipisahkan oleh kertas lilin, polythene, film
polikarbonat atau polyster. Kapasitor jenis ini mempunyai kapasitansi maksimum
sebesar ratusan pikofarad. Contohnya : kapasitor mika, kertas, keramik, polyster
(plastik).
C
Gambar 2.6. Simbol kapasitor nonelektrolitis.
Universitas Sumatera Utara
Kapasitor elektrolitis seperti terlihat pada gambar 2.7. adalah mula-mula
dibentuk dengan mengoksidasi salah satu plat alumunium dan menggantikan
medium dielektrisnya dengan elektrolit basah. Di sini kapasitansi dibentuk pada
lapisan oksida. Elektrolit pasta menjadikan kapasitor yang terbuat dari foil dapat
mempunyai kapasitansi yang amat besar dan berukuran kecil. Kekurangan utama
kapasitor ini adalah bahwa kapasitansinya hanya diperoleh dalam satu arah karena
adanya kutub positif dan kutub negatif, maka sangatlah penting untuk
menghubungkan terminal kapasitor ke kutub suplai yang benar. Kesalahan dalam
menghubungkan akan menyebabkan hubungan singkat dan kapasitor itu tentusaja
akan rusak, contoh kapasitornya : ELCO dan tantalum
C
+Ve
-Ve
Gambar 2.7. Simbol kapasitor elektrolitis.
Ada berbagai cara untuk mengenali terminal kapasitor elektrolitis :
1. Tanda positif lebih dekat ke ujung positif.
2. Penghenti berwarna merah pada ujung positif, ataupun penghenti
berwarna biru atau hitam pada ujung negatif.
3. Alur pada ujung positif.
4. Kedua terminal ditandai.
Kapasitansi total dapat diubah dengan cara menghubungkan beberapa
kapasitor secara seri atau paralel. Apabila kapasitor dihubungkan secara seri maka
kapasitansi total akan berkurang, dan apabila kapasitor dihubungkan paralel maka
kapasitansi total akan bertambah.
Universitas Sumatera Utara
seri
paralel
Gambar 2.8. Kapasitor hubungan seri dan paralel.
Cara membaca nilai kapasitansi ada dua :
1. Nilai kapasitor tertera langsung pada kasitor seperti pada gambar
2.9. di bawah ini.
Gambar 2.9. Nilai Kapasitansi tertera langsung.
2. Nilai kapasitansi dengan kode angka (kapasitor mika) seperti
gambar 2.10. jadi nilai kapasitansi kapasitornya dengan kode angka
104 adalah :
C = 10 x 104 pF = 100.000 pF = 100 nF = 0.1µF
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10. Nilai kapasitansi dengan kode angka.
2.4. Filter RC
Gambar 2.11. menunjukkan filter RC antara kapasitor input dan resistor
beban.
Dalam perencanaan sengaja R dibuat jauh lebih besar dari pada Xc .
Karena R jauh lebih besar dari Xc, ripple out jauh lebih kecil dari ripple input.
Biasanya, R paling sedikit 10 kali Xc, ini berartiripple output diperlemah atau
dikurangi paling sedikit dengan faktor 10.
kerugian utama filter RC adalah
kehilangan tegangan dc pada resistensi R, karena R seri dengan R L, kita dapatkan
aksi pembagi tegangan.
penyaringannya baik.
Di satu pihak kita memerlukan R yang besar agar
Di pihak lain, kita memerlukan R yang kecil untuk
mencegah kehilangan tegangan dc yang berlebihan.
Kebutuhan yang
bertentangan ini berarti bahwa filter RC hanya praktis untuk arus beban kecil (R L –
R
besar).
Vdc
Xc
Vdc’
Gambar 2.11. Filter RC.
Universitas Sumatera Utara
2.5. Diode Zener
Diode zener merupakan tipe khusus dari diode sambungan silikon yang
kerapkali digunakan sebagai pengatur tegangan atau penstabil tegangan. Seperti
halnya dengan diode penyearah silikon, maka diode zener pun mempunyai
tahanan yang sangat rendah terhadap aliran arus jika ia dibias maju. Jika ia dibilas
balik pada tegangan rendah, ia hanya mengizinkan aliran arus yang sangat kecil.
Tetapi jika tegangan bias terbalik yang dikenakan dinaikkan secara perlahanlahan, maka akan tercapai suatu titik dimana diode zener akan dadal (Breakdown)
dan tiba-tiba mulai melakukan konduksi.
Perubahan yang tajam dari tidak
melakukan konduksi menjadi konduksi disebut efek zener.
Tingkat tegangan yang mana terjadi pendadalan pada diode zener dapat
dikendalikan sampai batas tertentu yang diinginkan selama dalam proses
pembuatannya. Oleh sebab itu alat ini dapat dirancang agar mempunyai daerah
tegangan dadal yang luas dengan nilai serendah kira-kira 2V dan sampai setinggi
beberapa ratus volt.
Bila dikenai tegangan yang lebih besar dari tegangan
dadalnya, maka penurunan tegangan pada diode zener yang melakukan konduksi
pada hakikatnya adalah konstan walaupun arus yang melalui diode bertambah
dengan bertambahnya tegangan yang dikenakan.
Hal ini menyebabkan alat
tersebut sesuai untuk digunakan sebagai elemen acuan tegangan konstan atau
elemen kendali. Besarnya arus zener maksimum adalah :
I zmax = P z x V z .................................................... (2.10.)
dimana : I z max = Arus zener maksimum
Pz
= Daya diode zener
Vz
= Tegangan zener
Universitas Sumatera Utara
2.6. LED (Light Emitting Diode)
LED (Light Emitting Diode) atau diode pemancar cahaya adalah diode
semikonduktor yang memancarkan cahaya jika dibias maju. Berbagai bahan telah
digunakan dalam pembentukan bahan tipe-P dan tipe-N untuk sambungan diode.
Salah satu pembuat alat ini menggunakan gallium arsenida dan gallium
alumunium arsenida untuk bahan sambungannya. Sambungan yang dibuat dari
bahan ini memancarkan cahaya infra merah. Bahan lain yang berbeda digunakan
untuk memancarkan cahaya warna lain seperti hijau atau kuning.
Jika LED dibias maju maka arus bias akan menyebabkan diinjeksikannya
elektron ke dalam bahan tipe-P dan lubang diinjeksikan ke dalam bahan tipe-N.
Dinyatakan dalam tingkat energi, elektron bebas berada pada tingkat yang lebih
tinggi dari pada lubang.
Jika elektron bebas bergerak melalui daerah dekat
sambungan, mereka bergabung kembali dengan lubang.
Dalam proses
penggabungan kembali ini, energi dilepas, sebagian dalam bentuk cahaya sangat
rendah, yakni kurang dari satu persen.
Diode pemancar cahaya mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan
dengan sumber cahaya lain. LED bekerja pada tegangan rendah, sehingga sesuai
dengan alat semikonduktor lainnya.
Mereka mempunyai waktu respon yang
sangat cepat, ukurannya kecil dan umurnya panjang.
Keuntungan ini
menyebabkan LED sesuai sekali khususnya untuk memperagakan informasi yang
diperoleh dari peralatan elektronik.
Gambar 2.12. Simbol LED.
Universitas Sumatera Utara
2.7. Trimpot (Trimmer Potensio)
Trimmer potensio atau potensiometer kecil seperti pada gambar 2.13.
adalah jenis resistor variabel yang tahanannya dapat diubah-ubah. Potensiometer
bergungsi untuk membagi tegangan. Ujung-ujungnya dipasang paralel dengan
sumber tegangan. Nilai resistansi variabel diperoleh diantara kaki tengah dengan
salah satu kaki pada ujung kiri atau kanan, sedangkan diantara ujung-ujung kaki
kiri atau kanan nilai resistansinya konstan.
Gambar 2.13. Trimmer potensio.
2.8. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu resistor yang nilai
hambatannya tergantung pada intensitas cahaya. Tampilan fisik dan simbol LDR
dapat dilihat pada gambar 2.14. dibawah ini :
Gambar 2.14. LDR (Light Dependent Resistor).
Biasanya LDR (atau lebih dikenal dengan fotoresistor) dibuat berdasarkan
kenyataan bahwa film kadmium sulfida mempunyai tahanan yang besar kalau
Universitas Sumatera Utara
tidak terkena cahaya dan tahanannya akan menurun kalau permukaan film itu
terkena sinar.
Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang
resistansinya akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang
mengenainya.
Fotoresistor dapat merujuk pula pada light dependent resistor
(LDR), atau fotokonduktor.
Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi. Jika cahaya
yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh
semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk
meloncat ke pita konduksi.
Elektron bebas yang dihasilkan (dan pasangan
lubangnya) akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya.
Besarnya tahanan LDR / fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan
ohm dan turun sampai beberapa ratus ohm dalam keadaan terang. LDR dapat
digunakan dalam suatu jaringan kerja (network) pembagi potensial yang
menyebabkan terjadinya perubahan tegangan kalau sinar yang datang berubah.
LDR digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya, yang mana intensitas
cahaya sendiri dinyatakan dalam dua satuan fisika, yaitu lumens per meter persegi
dan Watt per meter persegi.
Kedua satuan itu agak berbeda. yang satu
berdasarkan pada kepekaan mata manusia, yang satu lagi berdasarkan energi
listrik yang dialirkan ke sumber cahaya.
Universitas Sumatera Utara
2.9. IC Regulator (Lm 7809 dan LM 7805)
IC Regulator fungsinya adalah untuk penstabil tegangan.
Pada
perancangan ini tegangan 12 V yang masuk dari power suplai masuk ke LM 7809
untuk tegangannya diturunkan menjadi 9 V, kemudian tegangan 9 V tersebut
dimasukkan kembali ke LM 7805 untuk diturunkan menjadi 5 V stabil. Tegangan
5 V inilah yang menjadi sumber tegangan ke ADC 0804, seperti pada gambar
2.15.
Gambar 2.15. Bentuk fisik LM 7809 dan 7805.
2.10. Komparator (pembanding)
Komparator adalah pembanding yang membandingkan dua tegangan dan
menyatakan mana yang lebih besar dari tegangan tersebut. Gambar 2.16. memuta
diagram blok dasar suatu pembanding. Bila tegangan masukan A lebih besar dari
tegangan masukan B, maka pembanding memberikan keluaran logis 1.
Bila
tegangan pada masukan B lebih besar dari masukan A, maka keluarannya adalah
logis 0. Ini dituliskan A > B = 1 dan A < B = 0 .
Universitas Sumatera Utara
A
Vout
Komparator
B
Gambar 2.16. Blok diagram suatu pembanding tegangan.
Komponen terpenting dari pembanding adalah op amp. Gambar 2.17.
meringkaskan gerakan tersebut. Tegangan kesalahan positif mendorong output ke
+Vsat, harga positif maksimum dari tegangan output. Tegangan kesalahan negatif
menimbulkan tegangan output –Vsat.
Vout
+Vsat
Verror
-Vsat
Gambar 2.17. Tegangan kesalahan (V error) dari pembanding.
2.11. ADC (Analog to Digital Converter)
ADC (Analog to Digital Conveter) 0804 merupakan suatu alat yang dapat
mengubah besaran analog menjadi besaran digital.
Dalam fungsinya ada
beberapa jenis ADC yang masing-masing mempunyai kelebihan, berdasarkan
pada metode pengubahan isyarat analog kedigital ADC dibedakan menjadi :
1. Metode Pencacah (Counting)
2. Metode Pengubahan jenis Simultan
3. Metode Pengubahan jenis Kontinu
4. Metode Pendekatan Berturutan (Successive Aproximation / SAR)
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan jenis ADC yang digunakan dalam sistem akuisisi data
ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :
1. Kecepatan konversi
2. Resolusi
3. Rentang masukan analog maksimum
4. Jumlah kanal masukan
Pemilihan ADC umumnya ditentukan oleh metode yang digunakan untuk
konversi data, sedangkan Rentang tegangan masukan analog maksimum adalah
watak untai ADC ang digunakan sehingga masukan analog yang akan dimasukkan
ke ADC tersebut terlebih dahulu harus disesuaikan dengan tegangan analog
maksmal yang diizinkan. Resolusi ADC berkaitan dengan cacah bit dan rentang
tegangan pada masukan analog.
Dengan pertimbangan diatas penulis sengaja
memilih ADC 0804 sebagai Konverter A/D . ADC 0804 adalah suatu IC CMOS
pengubah analog ke digital 8-bit dengan satu kanal masukan seperti pada gambar
2.16. dibawah ini.
Gambar 2.18. IC ADC 0804.
Universitas Sumatera Utara
Deskripsi Fungsi Pin ADC 0804
1. Pin WR (Write), pulsa high pada input write maka ADC akan
melakukan konversi data, tegangan analog menjadi data digital.
Pin WR dihubungkan dengan pin INTR. Setelah selesai konversi
pin INTR akan memberi pulsa low pada pin WR
2. Pin INTR (Interrupt), bila konversi data analog menjadi digital
telah selesai maka pin INTR akan mengeluarkan pulsa low ke pin
WR. Perangkat ADC dapat diopersikan dalam mode free running
dengan menghubungkan pin INT ke input WR.
3. Pin CS (Chip select), agar ADC dapat aktif , melakukan konversi
data maka input chip select harus diberi logika low. Data output
akan berada pada kondisi three state apabila CS mendapat logika
high.
4. Pin RD (Read), agar data ADC data dapat dibaca oleh sistem
mikroprosessor maka pin RD harus diberi logika low.
5. Pin Vin (+) dan Vin (-) merupakan input tegangan deferensial
yang akan mengambil nilai selisih dari kedua input. Dengan
memanfaatkaninput Vin maka dapat dilakukan offset tegangan
nol pada ADC.
6. Pin Vref, tegangan referensi dapat diatur sesuai dengan input
tegangn pada Vin (+) dan Vin (-), Vref = Vin / 2.
Vresolusi = Vin max / 255.
Universitas Sumatera Utara
7. Pin CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU
atau RC eksternal dapat ditambahkan untuk memberikan
generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger.
ADC jenis pendekatan berturut-turut membandingkan masukan analog
terhadap sebuah tegangan referensi DAC yang berulang-ulang menjadi dua
bagian. Proses ini dijelaskan pada gambar 2.19. dimana sebuah bilangan biner
tiga angka (100) yang menyatakan tegangan penuh sumber referensi, dibagi
menjadi dua bagian (bilangan biner 100) menyatakan ½ V. Perbandingan antara
tegangan referensi ini (½ V) terhadap masukan analog dilakukan. Jika hasil
perbandingan menunjukkan bahwa pendekatan pertama ini terlalu kecil (½ V
adalah terlalu kecil dari pada masukan analog), maka perbandingan berikutnya
akan dilakukan terhadap ¾ V (bilangan biner 110).
Jika perbandingan
menunjukkan bahwa perkiraan pertama terlalu besar (½ V lebih besar dari pada
masukan analog), maka pembanding berikutnya dilakukan terhadap ¼ V (bilangan
biner 010). Setelah tiga pendekatan berturut-turut, bilangan digital dipisahkan.
7/8 V 111
7/8 V 111
¾ V 110
¾ V 110
5/8 V 101
5/8 V 101
½ V 100
½V
100
3/8 V 011
3/8 V 011
¼ V 010
¼ V 010
1/8 V 011
1/8 V 001
0 V 000
Gambar 2.19. Operasi pengubah A/D jenis pendekatan berturut-turut.
Universitas Sumatera Utara
Metoda pendekatan berturut-turut sedikit lebih rumit dari pada metoda
yang lain, karena dia memerlukan sebuah register pengontrol khusus untuk
membuka pulsa-pulsa ke bit pertama, kemudian ke bit kedua dan seterusnya.
Akan tetapi biaya tambahan untuk register pengontrol ini adalah kecil, sehingga
pengubah dapat menengani sinyal-sinyal kontinu dan tidak kontinu dengan
resolusi yang besar dan kecil pada kecepatan dan biaya yang sedang.
Diagram balok yang dasar diperlihatkan pada gambar 2.20. Pengubah ini
menggunakan sebuah register pengontrol digital yang mampu membuka masukan
1 dan masukan 0 ; sebuah pengubah digital ke analog beserta sumber daya
referensi; sebuah rangkaian pembanding, sebuah loop pengontrol waktu, dan
register distribusi. Register distribusi menyerupai sebuah pencacah melingkar
(ring counter) dengan sebuah angka 1 yang bersirkulasi didalamnya menentukan
langkah mana yang berlangsung.
Pada permulaan siklus pengubahan, SAR dibuat ”set” dengan angka 1
didalam bit yang paling berarti (MSB-most significant bit) dan 0 didalam semua
bit yang kurang berarti. Dengan demikian register distribusi mencatat bahwa
siklus telah dimulai dan bahwa proses adalah dalam fasa membaca 100...,
menyebabkan suatu tegangan keluaran pada bagian pengubah digital ke analog
sebesar setengah dari tegangan referensi. Pada saat yang sama, sebuah pulsa
memasuki susunan pengatur waktu keterlambatan. Sementara pengubah D/A dan
pembanding telah diam, pulsa yang terlambat ini dimasukkan ke gerbang bersama
keluaran pembanding.
Bila bit paling berarti dibuat ”set” di dalam register
pengontrol melalui tindakan pengatur waktu, bit paling berarti bisa tetap dalam
Universitas Sumatera Utara
keadaan 1 ataupun kembali ke keadaan 0, bergantung pada keluaran pembanding.
Angka tunggal 1 di dalam register distribusi digeser keposisi berikutnya dan
mengawasi jumlah perbandingan yang dilakukan.
Masukan
analog
Pengubah digital ke
analog
Sumber
referensi
C
Keluaran digital
Keterlambatan
waktu
SAR
Set MSB
Flip-flop pemulai dan
menghentikan
Mulai
Akhir pengubahan
Gambar 2.20.Diagram balok sederhana untuk A/D jenis pendekatan berturut-turut.
Prosedur ini berulang mengikuti diagram gambar 2.17. sampai
pendekatan akhir telah dikoreksi dan register distribusi menunjukkan akhir
pengubahan.
Di dalam sistem ini sinkronisasi tidak dibutuhkan karena
pembanding hanya mengontrol satu flip-flop pada satu waktu. Pada pengubah
jenis pendekatan berturut-turut, keluaran digital berhubungan dengan suatu nilai
yang telah dimiliki oleh masukan analog selama pengubahan. Jadi waktu celah
sama dengan waktu pengubahan total.
Waktu celah pengubahan ini dapat
dikurangi dengan menggunakan teknik redundansi atau sebuah rangkaian cuplik
dan tahan (sample and hold circuit).
2.12. Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya dan flux: Satuan intensitas cahaya I adalah candela (cd)
juga dikenal dengan international candle. Satu lumen setara dengan flux cahaya,
yang jatuh pada setiap meter persegi (m2) pada lingkaran radius satu meter (1m)
Universitas Sumatera Utara
jika sumber cahayanya isotropik 1-candela (yang bersinar sama keseluruh arah)
merupakan pusat isotropik lingkaran. Dikarenakan luas lingkaran dengan jari-jari
1m memiliki luas 4πm2, dan oleh karena itu flux cahaya total yang dipancarkan
oleh sumber cahaya isotropik dengan intensitas I adalah :
Flux cahaya (lm) = 4π x intensitas cahaya (cd) ...................... (2.11.)
Perbedaan antara lux dan lumen adalah bahwa lux berkenaan dengan luas
areal pada mana flux menyebar 1000 lumens, terpusat pada satu areal dengan luas
satu meter persegi, menerangi meter persegi tersebut dengan cahaya 1000 lux. Hal
yang sama untuk 1000 lumens, yang menyebar ke sepuluh meter persegi, hanya
menghasilkan cahaya suram 100 lux.
Hukum Kuadrat Terbalik : Mendefenisikan hubungan antara pencahaya
dari sumber titik dan jarak. Rumus ini menyatakan bahwa intensitas cahaya per
satuan luas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumbernya (pada
dasarnya jari-jari).
E = I / d2 ...................................................................... (2.12.)
Dimana :
E = Emisi cahaya
I = Intensitas cahaya
d = Jarak
Bentuk lain dari persamaan ini yang lebih mudah adalah :
E1 d12 = E2 d22 ........................................................... (2.13.)
Jarak diukur dari titik uji kepermukaan yang pertama-tama kena cahaya
kawat lampu pijar yang jernih, atau pembungkus dari lampu pijar yang
permukaannya seperti es. Dapat dicontohkan jika seseorang mengukur 10 lm/m2
Universitas Sumatera Utara
dari sebuah cahaya bola lampu pada jarak satu meter, berapakah kerapatan flux
pada jarak setengahnya. Dari rumus dapat diselesaikan :
E1m
= (d2/d1)2 x E2
= (1,0 / 0,5)2 x 10
= 40 lm/m2.
2.13. Mikrokontroller AT89S51
AT89S51 adalah mikrokontroller keluaran Atmel dengan 4K byte Flash
PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory), AT89S51
merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory, isi memori tersebut
dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. Memori ini biasa digunakan untuk
menyimpan
instruksi
(perintah)
berstandar
MCS-51
code
sehingga
memungkinkan mikrokontroller ini untuk bekerja dalam mode single chip
operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory
(memori luar) unruk menyimpan source code tersebut.
Gambar 2.21 Konfigurasi pin mikrokontroller AT89S5.
Universitas Sumatera Utara
Deskripsi Mikrokontroller AT89S51

VCC (power supply)

GND (ground)

Port 0, yaitu pin p0.7..p0.0
Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex addres/data
ataupun menerima kode bye pada saat Flash Programming. Pada saat
sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah
Transistor Transistor Logic (TTL) input atau dapat diubah sebagai input
dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.

Port 1, yaitu pin p1.0...p1.7
Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima low order address bytes
selama pada saat Flash Programming. Port ini mempunyai internal pull
updan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai
output port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.
Fasilitas khusus dari port 1 ini adalah adanya In-System Programming,
yaitu port 1.5 sebagai MOSI, port 1.6 sebagai MISO, port 1.7 sebagai
SCK.

Port 2, yaitu mulai pin p2.0...p2.7
Port 2 berfungsi sebagai I\O biasa atau high order address, pada saat
mengakses memori secara 16 bit (Movx @DPTR). Pada saat mengakses
memori secara 8 bit (Mov @Rn), port ini akan mengeluarkan sisi dari
Special Function Register. Port ini mempunyai pull up dan berfungsi
sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat
memberikan output sink keempat buah input TTL.
Universitas Sumatera Utara

Pin 3.0, sebagai RXD (Port Serial Input).

Pin 3.1, sebagai TXD (Port Seial Output).

Pin 3.2, sebagai INT0 (Port External Interupt 0).

Pin 3.3, sebagai INT1 (Port External Interupt 1).

Pin 3.4, sebagai T0 (Port External Timer 0).

Pin 3.5, sebagai T1 (Port External Timer 1).

Pin 3.6, sebagai WR (External Data Memory Write Strobe).

Pin 3.7, sebagai RD (External Data Memory Read Strobe).

Pin 9, sebagai RST
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.

Pin 30, sebagai ALE/PROG

Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch Enable (ALE) yang melatch low byte address pada saat mengakses memori external. Sedangkan
pada saat Flash Programming (PROG) berfungsi sebagai pulse input. Pada
operasi normal ALE akan mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16
frekwensi oscillator, kecuali pada saat mengakses memori external. Sinyal
clock pada saat ini dapat pula di disable dengan men-set bit 0 Special
Function Register.

Pin 29, sebagai PSEN

Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada
memori eksteranal. PSEN akan aktif dua kali setiap cycle.

Pin 31, Sebagai EA/VPP

Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroller
akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem
Universitas Sumatera Utara
di reset. Jika berkondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan
program yang ada pada memori internal. Pada saat Flash Programming pin
ini akan mendapat tegangan 12 Volt (VPP).

Pin 19, sebagai XTALL1 (Input Oscillator).

Pin 18, sebagai XTALL2 (Output Oscillator).
2.13.1 Struktur Memori
AT89S51 mempunyai stuktur memori yang terdiri atas :

RAM Internal, memori sebesar 128 byte yang biasanya
digunakan untuk menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara.

Special Function Register (Register Fungsi Khusus), memori yang berisi
register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan
oleh mikrokontroller tersebut, seperti timer, serial dan lain-lain.

Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksiinstruksi MCS51.
Gambar 2.22. Struktur memori AT89S51.
AT89S51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM
internal dan Flash PEROMnya.
RAM internal dialamati oleh RAM Address
Register (Register alamat RAM), sedangkan Flash PEROM yang menyimpan
Universitas Sumatera Utara
perintah-perintah bahasa Assembler dialamati oleh program Address Register
(Register alamat program).
Dengan adanya struktur memori yang terpisah
tersebut, RAM internal dan Flash PERROM mempunyai alamat yang sama, yaitu
alamat 00, namun secara fisiknya kedua memori tidak saling berhubungan.
2.14. GERBANG OR
Gerbang OR seperti terlihat pada gambar 2.23. dua input ungkapan booleannya
dapat disimbolkan dengan A + B = Y. Dimana A dan B adalah input , sedangkan
Y adalah output. Output Y akan bernilai 1 (high) apabila salah satu dari input A
atau B bernilai 1, dan akan bernilai 0 (Low) apabila A dan B bernilai 0.
Perhitungan gerbang OR dapat dilihat pada tabel kebenaran 2.2. dibawah ini.
Gambar 2.23. Gerbang OR
Tabel 2.2. Tabel kebenaran gerbang OR
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Jadi perhitungan gerbang OR adalah :
A+B=Y
0 +0=0
0 +1=1
1 +0=1
1 +1=1
Universitas Sumatera Utara
2.15. GERBANG NOR (Not OR)
Gerbang NOR (kependekan dari Not-OR) seperti terlihat pada gambar
2.24. merupakan ingkaran atau kebalikan dari gerbang OR. Gerbang NOR dua
input dapat disimbolkan dengan A + B = Y. Dimana A dan B adalah input ,
sedangkan Y adalah output. Output Y akan bernilai 1 (high) apabila kedua input A
atau B bernilai 0, dan akan bernilai 0 (Low) apabila salah satu input A atau B
bernilai 1. Perhitungan gerbang NOR dapat dilihat pada tabel kebenaran 2.3.
dibawah ini.
A
Y
B
Gambar 2.24. Gerbang NOR
Tabel 2.3. Tabel kebenaran gerbang NOR
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
Jadi perhitungan gerbang NOR adalah :
A+B=Y
0 +0=1
0 +1=0
1 +0=0
1 +1=0
Universitas Sumatera Utara